汽轮机转速波动的原因分析与诊断

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我公司共有汽轮机组十四套，其中十套为杭汽汽轮机组，主要作为离心压缩机组（气压机组）的驱动设备，汽轮机组调速系统均采用电液转换器-错油门-油动机控制调节系统，其基本原理是如图1所示，通过电子转速传感器采集汽轮机转速并通过数字式调速器转换成4mA至20mA电信号，电信号再通过电液转换器产生0.15MPa至0.45MPa二次油压，二次油压通过错油门控制油动机的上下升程并进而控制其所连接的调节气阀的开度，达到调节蒸汽量及汽轮机转速的目的。

图1 工作原理1 问题的提出汽轮机组在运行过程中出现的最大问题就是速度的大幅度波动，我公司的几台汽轮机在运行过程中曾相继几次出现转速大幅度非周期性波动的故障现象，其中一台最大波动幅度曾达到300rpm左右，如此大的速度波动使机组的稳定性受到极大的影响。2 原因分析针对这种故障现象，我们首先从以下几个方面加以分析。2.1 气压机工艺系统的原因速度波动直接影响到气压机的负荷，但反过来气压机的负荷变化如压力、流量的变化则同样会影响速度的变化。如果气压机出现非周期性喘振，则其负荷就会出现非周期性的变化，在某一点上甚至会出现零负荷的现象，这种现象会使汽轮机瞬间失速，因此，气压机负荷波动会使汽轮机出现转速大幅度非周期性波动的故障现象。但是，问题的关键点在于气压机负荷的波动特别是压力波动与汽轮机速度波动出现的先后顺序，要明确谁先谁后及谁影响谁，这需要通过现场的仔细观察来确定，如果每次出现波动是压力变化均滞后于速度变化，那么可以排除气压机工艺系统的原因。如果每次出现波动是速度变化均滞后于压力变化，那么可以认定是气压机工艺系统的原因。2.2 汽轮机工艺系统的原因蒸汽的品质对转速的影响很大，此外，对于凝汽式汽轮机凝汽器的真空度也是一个主要的影响因素。蒸汽饱和度是关键的指标，过饱和时会出现汽中带水，在水含量达到一定程度就会出现水击现象，当出现这种现象时汽轮机的转速会急剧下降，但此种现象的出现会伴随着较大的振动、异音及轴位移，因此，较易判断；而真空度的波动则会直接影响到机组效率，进而造成速度波动；蒸汽的压力、温度及流量的波动则同样不可避免地会造成速度的波动，工艺系统的原因造成的速度波动可以通过工艺参数的变化规律快速得出结论。2.3 调速系统的原因调速系统引起转速波动的可能性最大、其故障点也最多，其中迟缓率[1]偏大是导致转速波动的最普遍原因。迟缓率偏大产生的原因较多，比汽轮机转速波动的原因分析与诊断张春岳中国石油股份有限公司大连石化分公司 辽宁 大连 116031摘要：汽轮机组在运行过程中最易出现的故障是转速大幅度波动，本文针对造成转速波动的各种影响因素加以分析并提出诊断方法，进而针对影响因素提出避免类似问题出现的预防措施和建议。关键词：汽轮机 调速系统 转速 波动 因素

Ａｎａｌｙｓｉｓ　ａｎｄ　Ｄｉａｇｎｏｓｉｓ　ａｂｏｕｔ　Ｓｐｅｅｄ　Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ａ　Ｓｔｅａｍ　ＴｕｒｂｉｎｅＺｈａｎｇ　ＣｈｕｎｙｕｅChina Petroleum Co.，Ltd. Dalian Petrochemical Company，Dalian 116031Abstract：When a steam turbine is in operation，the vital problem we meet is the speed vibrations. The essay analyses all possible reasons that cause the vibrations and then proposes the feasible ways to diagnose them. At last，it gives further suggestions on how to avoid the appearance of these speed vibrations of a steam turbine. Keywords： Steam turbine；Adjustment system；Speed；Vibration；Reason

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如：连接松旷、滑阀体封度过大、调节部件卡涩等，而尤以调节部件的卡涩最为常见。下面就调速系统各个环节存在的对速度造成波动的影响因素加以分析：（1）错油门滑阀体卡涩的影响。错油门卡涩为什么会造成转速波动，通过了解错油门的工作机理[2]可知：

图2 错油门在一般情况下最易出现卡涩的部位是错油门的滑阀体，因为其间隙较小，所以对油质的要求较高，如果油中含有硬质机械杂质等就极易造成滑阀体磨损出现划痕，进而发生卡涩。而当出现卡涩时，滑阀体上下运动受阻，如果当速度向上波动超过设定值过大，速度信号就会提示电信号降低二次油压使速度的变化值降低以满足设定值的要求，但因为卡涩的存在二次油压的降低并没有使油动机获得使速度产生向下波动的供油，于是速度信号继续要求电信号降低电流，电信号进而控制二次油压持续下降，当油压降到远小于弹簧力时，会突然克服卡涩阻力大幅度向下动作，进而油动机下部供油量加大，速度大幅下降，此时速度信号发现速度远低于设定值又提示电信号增加电流使二次油压快速上升，进而油动机上部供油量加大，速度又大幅上升，这就造成速度的大幅度波动。同理滑阀体向上运动受阻的过程相似。在进行故障分析时可通过调整控制转动盘转速的针型阀开度进而改变错油门的脉动频率和脉动幅度，来检验频率变化和幅度变化是否随着针型阀开度的大小增减，如果频率变化和幅度变化没有随着针型阀开度的大小增减，就说明滑阀体的上下运动和转动盘的旋转运动存在异常。另外通过听诊器也可以初步判断卡涩是否存在。（2）调速汽门重叠度的影响。调速汽门重叠度指调速汽门同时开关的多少，设置的主要目的是：因为蒸汽流量的变化与调门的开度变化不是线性的关系，特别是到了调门开到最后阶段，流量变化非常缓慢，为了改善调速系统整个特性，设置了重叠度。机组的调门一般都是提板式，多阀控制，一阀采用锥形阀，其余采用球形阀。单个阀行程与流量都成线性变化，但是在初开和到最大开度阶段就不是线性变化了，所以在第一阀还未开到最大时，第二阀已经开启，依次类推，到其它阀都是一样．各阀之间开启升程曲线的重叠部分就是重叠度，最终达到调门的升程曲线是一条没有波动的斜线，这样才能保证汽轮机在各个负荷区内稳定运行。调速汽门重叠度如调不好，机组调门的升程曲线就会出现波动，负荷与转速波动就会比较严重。通常调节气阀的重叠度在出厂前已经调好了，在检修时只需要加以检查确认即可。调速汽门的门杆在运行过程中会因疲劳而出现断裂，如果存在断裂等异常那么其开启位置就会发生变化进而使重叠度发生变化。因此，在每次检修时应当对门杆进行探伤检查。（3）油动机密封点的影响。油动机作为调节系统的动力装置，其任何异常均会直接影响到转速的波动，而其中油动机活塞缸壁局部磨损严重使油动机两腔室短路串油则是最常见的故障。另外活塞杆的密封性也极其重要，骨架油封过松，会出现泄露，而过紧则造成卡涩。如果出现串油或泄漏，油动机的实际行程位置和二次油压的关系就会出现紊乱，进而油动机无法对速度信号做出及时有效的响应，因此也就不可避免地造成转速的波动。（4）反馈系统的影响。二次油压P与油动机活塞杆行程h的对应关系与反馈板型线（反馈板与弯角杠杆上滚柱轴承接触点的轨迹）有关。当反馈板型线调整好之后就不应再发生改变，如果反馈系统的反馈板型线发生漂移，这将直接影响二次油压P与油动机活塞杆行程h的对应关系，进而使转速信号与二次油压关系紊乱。转速信号与二次油压关系紊乱必将造成转速波动。造成反馈板型线发生漂移的根本原因在于拉杆上的调节螺栓松动；顶针腐蚀磨损；错油门顶部的调节螺钉、螺母松动；错油门顶部弹簧断裂、失效，这些可以通过目视直观检查加以确认。（5）电液转换器线性关系的影响。电液转换器线性关系不好，既0%至100%的信号输出与0.15MPa至0.45MPa的二次油压不吻合，会造成二次油压对电信号的相应滞后。为了区分各种故障点，在确认错油门存在故障前要排除电液转换器的故障，可以通过对比电液转换器的输出信号和二次油压的关系，从中发现两者是否是吻合的，如果两者不吻合则说明电液转换器存在异常，如

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吻合但二次油压与汽轮机转速不吻合，就说明错油门及其之后的调速环节存在问题。例如，如果趋势吻合但电液转换器100%的输出信号只对应了0.4MPa的二次油压，则说明电液转换器的输出信号和二次油压的线性关系存在异常，其主要原因很可能是油系统清洁度较差，电液转换器进油滤网堵塞引起的，因此需要重新进行调整，但因趋势吻合因此也可以判定电液转换器并非速度波动的主要因素。（6）连接杠杆各关节的影响。油动机活塞杆与调节气阀连接杠杆连接处关节的间隙应控制在合理范围内，使之既能灵活转动又不产生窜动，如果连接处关节间隙偏大，则会导致关节窜动进而影响油动机活塞动作引起二次油压波动，从而使负荷或转速产生波动。2.4 油系统的影响因素油系统的影响因素可以说是整个调速系统的重中之重，或者说其他故障点绝大部分是由于油系统的原因造成的。一次油压、二次油压波动，管路系统存在气阻、泄露，自励式调节阀存在故障等因素均可以造成整个调速系统出现波动；油的品质好坏对于调节系统工作是否正常影响很大，油的品质不好包括油中含有杂质以及油本身出现乳化变质两个方面。通常液压调节元件的间隙都很小，如果油中含有杂质，尤其是较硬的杂质时，将导致调节系统的卡涩，从而导致调节系统出现波动，这类现象是较常见的。许多机组在运行初期，油品质良好调节系统工作完全正常，但随着运行时间的延长，油的品质会逐渐恶化进而导致调节元件的锈蚀和卡涩，从而打破了调节系统的正常工作状态，调节系统出现波动。调节系统部件密封性不良会导致系统油压过低、油动机动力不足，进而导致调节系统迟缓率增加和调节元件性能的失常，从而引起调节系统的波动。油系统单向阀不严也是一个严重问题，对于全液压调节系统、整个调节油回路都包含在一个组合体内，如果组合体上存在气孔、砂眼、未焊接透等缺陷，或结合面不平整及垫片破损等，将造成不同油压等级的油路之间发生短路现象等，这些异常现象均可以造成调节的波动。通常我们会通过观察电信号与二次油压的关系以及在静态试验时通过对比新旧电信号与油动机升程曲线来判断是否存在油短路现象。3 避免转速波动的措施及建议（1）在一、二次油分支前的总管处安装可以在线切换的高精度过滤器，以保证进入电液转换器、错油门和油动机的油的品质。检修时应当把油管线的清理作为重点项目，对于维修后的机组针对油管路系统的清洗和油的过滤工作要特别重视，尤其要关注调节部件各腔室死角的清理情况，保证无砂质等杂物；机组运行前要进行体外油循环，通过定期检查滤网进行质量检查确认，合格后方可再进行油系统内循环，对油系统管路、轴瓦进行大流量冲洗。运行期间对于油中的水分和杂质，采取定期取样化验实施监督以防止油质恶化，如果发现油质恶化应及时进行处理。机组运行期间应不间断滤油并定期切换清理过滤器。（2）加强对油动机升程指针波动幅度和频率的巡检，以间接检查错油门滑阀体的波动幅度和频率，必要时在线调整，避免出现局部磨损过大，进而出现卡涩。（3）在汽轮机组运行期间，应定期进行有针对性的大幅度变化负荷操作，进而使调节系统有关部件随之动作，特别是使各关节部位动作以免出现锈蚀性卡涩。（4）严格控制工艺操作条件，避免离心压缩机进入喘振区，同时保证蒸汽品质和凝汽器真空度的稳定性。（5）活动部件应采用耐磨材料（如表面渗氮）并保持适应的活动间隙。这点很关键，对比进口西门子汽轮机组可以看出，活动部件的表面热处理质量直接影响机组的运行状态。每次拆检，进口机组的活动部件磨损程度和腐蚀程度均较轻，而国产机组的较严重。（6）应经常地保持密封系统（如油封和汽封）和疏水系统工作正常，避免油质被污染。（7）在检修时应当对调速系统的各个环节进行彻底的检查。4 结束语汽轮机组的速度波动存在的故障点较多，并且各故障点间的联系也比较密切，因此，在进行故障诊断时一定要从各个角度、各个方面加以综合分析，同时一定要结合现场的实际情况，只有这样才能尽快地找到故障的真正原因并加以消除。参考文献[1]庄晓曾，黄振鸣.汽轮机调节系统检修[M].北京：中国电力出版社，1997.[2]陈华梅. NG50/40/0汽轮机使用说明书[M].杭州：杭州汽轮机股份有限公司，2018.作者简介张春岳，男，设备助理工程师，本科学历，毕业于辽宁石油化工大学能源与动力工程专业，主要从事石化企业设备管理。Copyright©博看网. All Rights Reserved.